Binder 驅動詳解(下)

驅動程式 · 發表 2019-01-31 12:23:52

摘要：前言通過 Binder 上一篇文章的分析, 我們知道了 Binder 驅動在我們應用開發過程中的使用方式, 瞭解到了 BBinder 和 BpBinder 兩個非常重要的 Native 物件, 本次我們就著重分析一下 Binder 在執行時庫層知識因為執行時庫是使用 C/C++...

前言

通過 Binder 上一篇文章的分析, 我們知道了 Binder 驅動在我們應用開發過程中的使用方式, 瞭解到了 BBinder 和 BpBinder 兩個非常重要的 Native 物件, 本次我們就著重分析一下 Binder 在執行時庫層知識

因為執行時庫是使用 C/C++ 編寫的, 對於 Android 開發者來說, 可能有些晦澀難懂, 筆者也下了很大的功夫, 對此感興趣的同學可以耐心往下讀, 如果存在讓大家興奮的點, 那麼筆者就十分滿足了

應用層框架層的 Binder 庫
ServiceManager 的啟動
ServiceManager 程序間通訊

一. AndroidRuntime 層的 Binder 庫

封裝的意義

Android 系統將各種 Binder 驅動程式操作封裝成一個 Binder 庫, 程序就可以使用 Binder 庫, 方便地呼叫 HAL 驅動提供的服務, 遮蔽了底層的細節, 更有利於開發者進行使用

Binder 庫關鍵類

在 Binder 庫中, Service 元件與 Client 元件分別使用模板類 BnInterface 和 BpInterface 來描述

Service: BnInterface, 即 Binder native interface.
Client: BpInterface, 即 Binder proxy interface.

1. BnInterface

template<typename INTERFACE>
class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder 
{
public:
virtual sp<IInterface> queryLocalInterface(const String16& _descriptor);
virtual cosnt String16& getInterfaceDescriptor() const;

protected:
virtual IBinder* onAsBinder();
}

模板引數 INTERFACE 是一個由程序自定義的 Service 元件介面, 模板類 BnInterface 需要實現該介面
該類由又繼承了 BBinder

接下來分析一下 BBinder 的實現

class BBinder : public IBinder
{
public:
......
virtual status_t transact(
unit32_t code,
const Parcel& data,
Parcel* reply,
unit32_t flag = 0
);
proctected:
......
virtual status_t onTransact(
unit32_t code,
const Parcel& data,
Parcel* reply,
unit32_t flag = 0
)
}

BBinder 類有兩個重要的成員函式 transact 和 onTransact

transact: 當 Binder 代理物件通過 Binder 驅動程式向一個 Binder 本地物件發出一個程序間的請求時, Binder 驅動程式就會呼叫該 Binder 本地物件的成員函式 transact 來處理該請求
onTransact: 該方法由 Binder 本地物件來實現, 它負責分發與業務相關的程序間的請求

class IBinder : public RefBase {
......
}

可見 IBinder 類又繼承了 RefBase, 也就是說 Binder 本地物件是通過引用計數技術來維護生命週期的

2. BpInterface

template<typename INTERFACE>
class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase 
{
public:
BpInterface(const sp<IBinder>& remote);

protected:
virtual IBinder* onAsBinder();
}

模板類 BpInterface 繼承了 BpRefBase, 後者為 Binder 代理物件提供了抽象的程序間通訊介面

class BpRefBase : public virtual RefBase 
{
protected:
BpRefBase(const sp<IBinder>& o);
......
inline IBinder* remote() {
return mRemote;
}
inline IBinder* remote() const {
return mRemote;
}
private:
.......
IBinder* const mRemote;
}

可以看到 BpRefBase 中有一個成員變數 mRemote, 它的實現類為 BpBinder, 看看這個實現類是做了哪些操作

class BpBinder : public IBinder 
{
public: 
BpBinder(int32_t handle);
inline int32_t handle() const {
return mHandle;
}
......
virtual status_t transact(
unit32_t code,
const Parcel& data,
Parcel* reply,
unit32_t flags = 0
);
......
private:
const int32_t mHandle;
}

可以看到 BpBinder 中有一個 mHandle 控制代碼, 它表示 Binder 引用物件的控制代碼值, 可以通過 handle 來獲取

mHandle: Client 元件就是通過這個控制代碼值來和 Binder 驅動程式中的 Binder 引用物件 binder_ref 建立對應關係

3. IPCThreadState

每一個使用了 Binder 程序間通訊的程序, 都有一個 Binder 執行緒池, 用來處理程序間的通訊請求
對於每一個執行緒來說, 它的內部都有一個 IPCThreadState 物件, 我們可以通過 IPCThreadState 類的靜態方法 self 來獲取

class IPCThreadState 
{
public:
static IPCThread* self();
......
status_t transact(
int32_t handle,
unit32_t code, 
const Parcel& data,
Parcel* reply,
unit32_t flags
);
......
private:
status_t talkWithDriver(bool doRecive = true);
......
const sp<ProcessState> mProcess;
......
}

可以看到 IPCThreadState 內部存在一個成員變數 mProcess

對於每一個使用了 Binder 程序間通訊機制的程序來說, 它的內部都存在一個 ProcessState 物件

接下來看看 ProcessState 的實現

4. ProcessState

class ProcessState: public virtual RefBase 
{
public:
static sp<ProcessState> self();
......
private:
int mDriverID;
void* mVMStart;
}

ProcessState 這個物件與當前使用 Binder 通訊的程序一一對應, 它主要負責
- 通過 Binder 驅動開啟 binder 裝置檔案 dev/binder
- 將裝置檔案 dev/binder 對映到程序的地址空間
- 每一個 Binder 執行緒池裡的執行緒都可以通過它來與 Binder 驅動 建立連線

應用層 Binder 庫的 UML 圖

好的至此, 我們隊 Binder 庫中幾個非常重要的 C++ 物件有了一定的認識, 接下來看看這幾個類的相互依賴關係

執行時庫依賴圖.png

二. ServiceManager 的啟動

執行時庫中的 ServiceManager 與 Java 中的 ServiceManager 是對應的

Service Manager 是 Binder 程序間通訊的核心元件之一
它扮演著 Binder 程序間通訊機制的上下文管理者的角色
同時負責管理系統中的 Service 元件, 並且向 Client 元件提供獲取 Service 代理物件的服務

由於篇幅原因, 這裡就不介紹 Java 中的 ServiceManager 了, 感興趣的同學可以看看 Zygote 與系統服務程序的啟動 , 沒準可以找到你想要的答案

啟動入口

ServiceManager 該程式的入口函式 main 實現在 service_manager.c 中

// frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c
int main(int argc, char **argv) {
struct binder_state *bs;
void *svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER;
// 開啟裝置檔案
bs = binder_open(128*1024);
// 將自己註冊為 Binder 驅動的上下文管理者
if (binder_become_context_manager(bs)) {
return -1;
}
svcmgr_handle = svcmgr;
// 迴圈等待和處理 Client 程序的通訊請求
binder_loop(bs, svcmgr_handler);
return 0;
}

可見 service_manager 的主函式中主要做了三件事情

呼叫 binder_open 開啟 binder 裝置檔案 /dev/binder, 並且將其對映到本程序的地址空間, 返回一個 binder_state 結構體
呼叫 binder_become_context_manager 將自己註冊成為一個 Binder 程序間通訊的上下文管理者
呼叫函式 binder_loop 來迴圈等待和處理 Client 程序的通訊請求

開啟對映 Binder 裝置檔案

// frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c

struct binder_state *binder_open(size_t mapsize)
{
struct binder_state *bs;
struct binder_version vers;
// 在堆記憶體中建立了 binder_state 的例項
bs = malloc(sizeof(*bs));
if (!bs) {
errno = ENOMEM;
return NULL;
}
// 呼叫 open 函式開啟 Binder 裝置檔案
bs->fd = open("/dev/binder", O_RDWR | O_CLOEXEC);
if (bs->fd < 0) {
goto fail_open;
}

if ((ioctl(bs->fd, BINDER_VERSION, &vers) == -1) ||
(vers.protocol_version != BINDER_CURRENT_PROTOCOL_VERSION)) {
goto fail_open;
}
// 將給程序分配的核心緩衝區大小記錄到 binder_state 結構體物件中
bs->mapsize = mapsize;
// 呼叫函式 mmap 將裝置檔案 /dev/binder 對映到地址空間, 並且將其地址空間的首地址記錄到 binder_state 結構體物件中
bs->mapped = mmap(NULL, mapsize, PROT_READ, MAP_PRIVATE, bs->fd, 0);
if (bs->mapped == MAP_FAILED) {
fprintf(stderr,"binder: cannot map device (%s)\n",
strerror(errno));
goto fail_map;
}
// 返回這個 binder_state 這個結構體物件
return bs;

fail_map:
close(bs->fd);
fail_open:
free(bs);
return NULL;
}

可見 ServiceManager 的開啟裝置檔案的操作非常簡單

呼叫 open 函式開啟 Binder 裝置檔案
- 會呼叫 binder 驅動的 binder_open 開啟裝置檔案, 返回一個 file 裝置檔案結構體的控制代碼值
將給程序分配的核心緩衝區大小記錄到 binder_state 結構體物件中
呼叫函式 mmap 將裝置檔案 /dev/binder 對映到地址空間
- 返回為其分配的地址空間的首地址
- 記錄到 binder_state 結構體物件中

註冊為 Binder 的上下文管理者

// frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c
int binder_become_context_manager(struct binder_state *bs)
{
return ioctl(bs->fd, BINDER_SET_CONTEXT_MGR, 0);
}

可以看到註冊上下文管理者的函式中, 呼叫了 ioctl 這個函式(即 Binder IO controller, 用於使用者空間與 Binder 驅動互動)

BINDER_SET_CONTEXT_MGR 為 IO 控制命令
- 這個標記位代表將當前程序註冊為 binder context manager 即 Binder 的上下文管理者

接下來簡單的看一下, Binder 核心驅動中對這個 IO 控制命令做了哪些處理

// Binder 通訊上下文管理者的在 Binder 核心驅動中的 Binder 實體物件
static struct binder_node *binder_context_mgr_node;
// 描述了註冊了 Binder 通訊上下文管理者的有效使用者 ID
static struct binder_context_mgr_uid = -1;

static long binder_ioctrl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg) {
// 獲取當前程序的 binder 執行緒, 沒有則建立一個
thread = binder_get_thread(proc);

switch(cmd) {
......
case BINDER_SET_CONTEXT_MGR:
// 說明 Binder 上下文管理者已經註冊過了
if (binder_context_mgr_node != NULL) {
goto error;
}
// 說明 Binder 上下文管理者已經註冊過了
if (binder_context_mgr_uid != -1) {
goto error;
} else {
// 經過一系列驗證之後, 給當前程序建立其對應的 binder 實體物件儲存在全域性的 binder_context_mgr_node 變數中
binder_context_mgr_node = binder_new_node(proc, NULL, NULL);
}
......
break;
} 
}

Binder 核心驅動中針對 BINDER_SET_CONTEXT_MGR 這個控制碼, 主要做了以下操作

將為這個請求成為 Binder 上下文管理者的程序建立其對應的 binder 實體物件
儲存在核心驅動的靜態變數 binder_context_mgr_node 中

迴圈等待處理 Client 程序間的請求

// frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c
void binder_loop(struct binder_state *bs, binder_handler func)
{
int res;
struct binder_write_read bwr;
uint32_t readbuf[32];

bwr.write_size = 0;
bwr.write_consumed = 0;
bwr.write_buffer = 0;
// BC_ENTER_LOOPER: 控制位的含義是, 將當前執行緒註冊成為 Binder 執行緒
// 以便 Binder 驅動程式可以將程序間的通訊請求分發給它處理
readbuf[0] = BC_ENTER_LOOPER;
// 該函式通過 IO 控制命令將 readbuf 傳送給 Binder 驅動程式, 通知其處理 readbuf 中的控制位
binder_write(bs, readbuf, sizeof(uint32_t));
// for 迴圈從 binder 驅動中獲取需要處理的程序間通訊請求
for (;;) {
bwr.read_size = sizeof(readbuf);
bwr.read_consumed = 0;
bwr.read_buffer = (uintptr_t) readbuf;
// 通過 BINDER_WRITE_READ 控制位, 從 Binder 驅動中獲取當前是否有新的程序間請求需要處理
res = ioctl(bs->fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr);
if (res < 0) {
ALOGE("binder_loop: ioctl failed (%s)\n", strerror(errno));
break;
}
// 處理程序間的請求
res = binder_parse(bs, 0, (uintptr_t) readbuf, bwr.read_consumed, func);
if (res == 0) {
ALOGE("binder_loop: unexpected reply?!\n");
break;
}
if (res < 0) {
ALOGE("binder_loop: io error %d %s\n", res, strerror(errno));
break;
}
}
}

binder_loop 主要做了以下幾件事情

通過 readbuf 記錄 BC_ENTER_LOOPER 控制碼, 將當前執行緒註冊成為 Binder 執行緒, 以便 Binder 驅動程式可以將程序間的通訊請求分發給它處理
通過 binder_write 將 readbuf 控制碼傳送給 binder 驅動處理, 其內部同樣是使用 ioctrl 與 binder 驅動通訊
for 迴圈不斷的從 binder 驅動中獲取新的程序間通訊請求

binder 驅動註冊 looper 執行緒

接下來看看 binder_write 方法的實現

// frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c
int binder_write(struct binder_state *bs, void *data, size_t len)
{
struct binder_write_read bwr;
int res;

bwr.write_size = len;
bwr.write_consumed = 0;
// 將資料儲存在 write_buffer 中, 即 BC_ENTER_LOOPER 這個控制碼
bwr.write_buffer = (uintptr_t) data;
bwr.read_size = 0;
bwr.read_consumed = 0;
bwr.read_buffer = 0;
// 呼叫 ioctl 與 binder 驅動通訊, 請求碼為 BINDER_WRITE_READ
res = ioctl(bs->fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr);
if (res < 0) {
fprintf(stderr,"binder_write: ioctl failed (%s)\n",
strerror(errno));
}
return res;
}

可見真正用於和 Binder 核心驅動互動的請求碼為 BINDER_WRITE_READ, 接下來看看 binder 驅動做了哪些處理

static long binder_ioctrl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg) {
// 獲取當前程序的 binder 執行緒, 沒有則建立一個
thread = binder_get_thread(proc);

switch(cmd) {
......
case BINDER_WRITE_READ:
......
if (bwr.write_size > 0) {
// 可見這裡將 BC_ENTER_LOOPER 請求碼轉發給了 binder_thread_write 函式
ret = binder_thread_write(proc, thread, (void __user *)bwr.write_buffer, bwr.write_size, &bwr.read_consumed);
}
......
break;
} 
}

int binder_thread_write(......) {
while(...) {
switch(cmd) {
case BC_ENTER_LOOPER:
// 這裡將這個執行緒註冊成為了 looper 執行緒, 至此 Binder 進行間的通訊請求便會交由這個執行緒處理
thread->looper |= BINDER_LOOPER_STATE_ENTERED;
break;
}
}
}

至此, ServiceManager 的主執行緒便可以接收到 Binder 驅動傳送的通訊請求了

瞭解了 ServiceManager 如何啟動了之後, 我們就進入重頭戲, 看看 一次 Binder 驅動通訊的流程是如何進行的

三. ServiceManger 程序間通訊

Client 端通訊的發起

defaultServiceManager()->addService(String16("SampleService"), new SampleService);

在應用框架層中, 獲取 ServiceManager 代理物件的方式為 defaultServiceManager()

我們呼叫了 BpServiceManager 這個 BpBinder 物件的 addService() 方法
至此一個跨程序的請求就成功發起了

接下來看看 addService 這個方法在 BpServiceManager 代理類中的實現

// frameworks/base/libs/binder/IServiceManager.cpp
virtual status_t addService(const String16& name, const sp<IBinder>& service,
bool allowIsolated)
{
Parcel data, reply;
// 1. 將通訊引數封裝到 data 中
data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());
data.writeString16(name);
data.writeStrongBinder(service);
data.writeInt32(allowIsolated ? 1 : 0);
// 2. 呼叫 BpBinder 的 transact
status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
// 3. 讀取請求結束後 Server 通過 Binder 驅動返回回來的資料
return err == NO_ERROR ? reply.readExceptionCode() : err;
}

代理實現方法主要做了以下幾步操作

將通訊引數封裝到 Parcel data 中
- 寫入介面對應的描述
- 寫入傳入的形參
通過 BpBinder 的 transact 向 Binder 驅動發起跨程序呼叫請求
讀取請求結束後 Server 通過 Binder 驅動返回回來的資料

BpBinder 的 transact 操作

// frameworks/native/libs/binder/BpBinder.cpp
status_t BpBinder::transact(
uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
// mAlive 用於判斷 Binder 代理物件所引用的 Binder 本地物件是否存活
if (mAlive) {
// 呼叫了 IPCThreadState 的 transact 方法
// mHandle 為這個代理物件的控制代碼值
status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
mHandle, code, data, reply, flags);
if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;
return status;
}
return DEAD_OBJECT;
}

// frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp
status_t IPCThreadState::transact(int32_t handle,
uint32_t code, const Parcel& data,
Parcel* reply, uint32_t flags)
{
// 進行錯誤檢查
status_t err = data.errorCheck();
if (err == NO_ERROR) {
// 1. 將 data 封裝到一個 binder_transaction_data 結構體物件中
// handle 為當前 Binder 代理物件的控制代碼值
err = writeTransactionData(BC_TRANSACTION, flags, handle, code, data, NULL);
}
// TF_ONE_WAY 若為 0 則說明是同步的程序間請求
if ((flags & TF_ONE_WAY) == 0) {
if (reply) {
// 2. 通過 waitForResponse 向 Binder 驅動傳送上面封裝的 binder_transaction_data 結構體物件
// 操作碼為 BC_TRANSACTION
err = waitForResponse(reply);
} else {
......
}
} else {
......
}
return err;
}

可見 Client 呼叫遠端方法時, 其代理物件的 transact 方法主要做了以下的操作

通過 writeTransactionData 函式將 data 等資料封裝成為一個 binder_transaction_data 物件, 用來和 Binder 驅動程式互動
- 與 Binder 驅動程式互動的操作碼為 BC_TRANSACTION
通過 waitForResponse 函式, 向 Binder 驅動發起請求

先看看如何將 data 等資料封裝成為 binder_transaction_data

// frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp
status_t IPCThreadState::writeTransactionData(int32_t cmd, uint32_t binderFlags,
int32_t handle, uint32_t code, const Parcel& data, status_t* statusBuffer)
{
// 宣告一個 binder_transaction_data 物件
binder_transaction_data tr;
// 賦初始值
tr.target.ptr = 0; 
tr.target.handle = handle;
tr.code = code;
tr.flags = binderFlags;
tr.cookie = 0;
tr.sender_pid = 0;
tr.sender_euid = 0;
// 錯誤檢查
const status_t err = data.errorCheck();
if (err == NO_ERROR) {
// 將 data 中的資料拷貝到 tr 中
tr.data_size = data.ipcDataSize();
tr.data.ptr.buffer = data.ipcData();
tr.offsets_size = data.ipcObjectsCount()*sizeof(binder_size_t);
tr.data.ptr.offsets = data.ipcObjects();
} else if (statusBuffer) {
......
} else {
......
}
// mOut 描述一個命令緩衝協議區
mOut.writeInt32(cmd);// 將 cmd 這個命令寫入, 表示這個命令之後需要傳送給 Binder 驅動
mOut.write(&tr, sizeof(tr));// 將 tr這個結構體寫入, 用於後續與 Binder 驅動互動

return NO_ERROR;
}

writeTransactionData 這個函式做的事情與我們上述一致

接下來看看 waitForResponse 如何通過 tr 和 BC_TRANSACTION 命令與 Binder 驅動程式進行互動

status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
uint32_t cmd;
int32_t err;

while (1) {
// 可見這個裡呼叫了 talkWithDriver() 與 Binder 驅動互動
if ((err=talkWithDriver()) < NO_ERROR) break;
if (err < NO_ERROR) break;
// 緩衝區 mIn 這個與 mOut 相對應, 它用於儲存從 Binder 驅動程式接收到的返回協議
if (mIn.dataAvail() == 0) continue;
cmd = (uint32_t)mIn.readInt32();
......
}
}

status_t IPCThreadState::talkWithDriver(bool doReceive)
{
......
// 1. 定義 binder_write_read 結構體, 指定輸入緩衝區和輸出緩衝區
binder_write_read bwr;

// 指定從當前程序輸出到 Binder 驅動的緩衝區
const bool needRead = mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize();
const size_t outAvail = (!doReceive || needRead) ? mOut.dataSize() : 0;
bwr.write_size = outAvail;
bwr.write_buffer = (uintptr_t)mOut.data();// 將要輸出的資料儲存到 bwr 的 write_buffer 變數中
// doReceive 用來描述呼叫者是否可以收到 Binder 的返回協議碼
if (doReceive && needRead) {
// 設定從 Binder 驅動輸入到當前程序緩衝區的相關引數
bwr.read_size = mIn.dataCapacity();
bwr.read_buffer = (uintptr_t)mIn.data();
} else {
bwr.read_size = 0;
bwr.read_buffer = 0;
}

// 如果輸出緩衝區和輸入緩衝區大小都為 0, 說明不需要與 Binder 驅動互動
if ((bwr.write_size == 0) && (bwr.read_size == 0)) return NO_ERROR;

bwr.write_consumed = 0;
bwr.read_consumed = 0;
status_t err;
do {
......
// 2. 使用 IO 控制命令 BINDER_WRITE_READ 來與 Binder 驅動進行互動, 說明要進行讀寫操作
// bwr 即為讀寫操作的內容
if (ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr) >= 0)
err = NO_ERROR;
else
err = -errno;
......
} while (err == -EINTR);

if (err >= NO_ERROR) {
// 將 Binder 驅動已處理的命令協議從 mOut 中移除
if (bwr.write_consumed > 0) {
if (bwr.write_consumed < mOut.dataSize())
mOut.remove(0, bwr.write_consumed);
else
mOut.setDataSize(0);
}
// 將 Binder 驅動返回的命令協議儲存到 mIn 中
if (bwr.read_consumed > 0) {
mIn.setDataSize(bwr.read_consumed);
mIn.setDataPosition(0);
}
return NO_ERROR;
}
return err;
}

talkWithDriver 這個函式非常重要, 它是 Binder 停留在應用程式框架層的最後一個函式, 主要做了如下操作

將 IPCThreadState 中的輸出緩衝區 mOut 和輸入緩衝區 mIn 封裝到 binder_write_read 這個結構體對 bwr 中
將 bwr 傳入 ioctl 函式, 通過 ioctl 函式與 Binder 驅動展開通訊

Binder 驅動處理 BC_TRANSACTION 協議碼

// kernel/goldfish/drivers/staging/android/binder.c
static int binder_thread_write(struct binder_proc *proc,
struct binder_thread *thread,binder_uintptr_t binder_buffer, size_t size,
binder_size_t *consumed)
{
uint32_t cmd;
void __user *buffer = (void __user *)(uintptr_t)binder_buffer;
void __user *ptr = buffer + *consumed;
void __user *end = buffer + size;

while (ptr < end && thread->return_error == BR_OK) {
// 獲取從使用者空間傳遞過來的指令碼儲存在 cmd 中, 由上面可知, cmd 為 BC_TRANSACTION
if (get_user_preempt_disabled(cmd, (uint32_t __user *)ptr))
return -EFAULT;
ptr += sizeof(uint32_t);
......
switch(cmd) {
......
// 處理 BC_TRANSACTION/BC_REPLY
case BC_TRANSACTION:
case BC_REPLY: {
// 從使用者空間拷貝資料到 transaction_data 中
struct binder_transaction_data tr;
if (copy_from_user_preempt_disabled(&tr, ptr, sizeof(tr)))
return -EFAULT;
ptr += sizeof(tr);
// 進行指令碼的處理操作
binder_transaction(proc, thread, &tr,
cmd == BC_REPLY, 0);
break;
}
......
}
}

static void binder_transaction(struct binder_proc *proc,
struct binder_thread *thread,
struct binder_transaction_data *tr, int reply,
binder_size_t extra_buffers_size)
{
......
if (reply) {// 處理 BC_REPLY 指令, 到後面分析
....
} else {
// 處理 BC_TRANSACTION 指令
if (tr->target.handle) {
// 1. 獲取 Client 呼叫的 binder 引用物件
struct binder_ref *ref;
// 從 client 程序中, 通過控制代碼值, 獲取其在 linux 核心驅動的引用物件
ref = binder_get_ref(proc, tr->target.handle, true);
// 2. 通過引用物件找到其對應的實體物件
target_node = ref->node;
} else {
target_node = context->binder_context_mgr_node;
}
......
// 3. 通過 binder 實體物件, 找對對應的 Server 程序
target_proc = target_node->proc;
......
// 4. 嘗試在 Server 程序找到最合適的空閒執行緒去處理這次 Client 端的請求
if (!(tr->flags & TF_ONE_WAY) && thread->transaction_stack) {
struct binder_transaction *tmp;
tmp = thread->transaction_stack;
......
while (tmp) {
if (tmp->from && tmp->from->proc == target_proc)
target_thread = tmp->from;
tmp = tmp->from_parent;
}
}
}
// 5. 將目標執行緒的 todo 佇列和 wait 佇列儲存到成員變數中
if (target_thread) {
// 更新成員變數指向目標執行緒中的相關屬性
target_list = ⌖_thread->todo;
target_wait = ⌖_thread->wait;
} else {
// 更新成員變數指向目標程序中的相關屬性
target_list = ⌖_proc->todo;
target_wait = ⌖_proc->wait;
};

/* TODO: reuse incoming transaction for reply */
// 6.1 binder_transaction 物件 t 會被封裝成為 BINDER_WORK_TRANSACTION 工作項, 
// 後續會新增到 Server 目標執行緒的 todo 中, 以便其能夠接受到 Binder 驅動傳送的 BR_TRANSACTION 協議
t = kzalloc_preempt_disabled(sizeof(*t));
// 6.2 binder_transaction 物件 tcomplete 會被封裝成 BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE 工作項
// 後續會發送到 Client 發起執行緒的 todo 佇列中, 以便其能夠接收到 Binder 驅動傳送的 BR_TRANSACTION_COMPLETE 協議
tcomplete = kzalloc_preempt_disabled(sizeof(*tcomplete));
// 初始化 t
if (!reply && !(tr->flags & TF_ONE_WAY))
t->from = thread;
else
t->from = NULL;
t->sender_euid = task_euid(proc->tsk);
t->to_proc = target_proc;
t->to_thread = target_thread;
t->code = tr->code;
t->flags = tr->flags;
t->priority = task_nice(current);
// 從 tr 中複製資料到目標程序的核心緩衝區
t->buffer = binder_alloc_buf(target_proc, tr->data_size, tr->offsets_size, extra_buffers_size, !reply && (t->flags & TF_ONE_WAY));
t->buffer->allow_user_free = 0;
t->buffer->debug_id = t->debug_id;
t->buffer->transaction = t;
t->buffer->target_node = target_node;
......
}

好了, 總結一下, 這個 binder 核心中處理使用者空間指令碼交換的方法主要是 binder_transaction, 關於 BC_TRANSACTION 它主要做了如下操作

獲取 Client 呼叫的 binder 引用物件
通過 binder 引用物件找到對應的 binder_node 實體物件
通過 binder 實體物件, 找對對應的目標 Server 程序
在 Server 程序找到最合適的空閒執行緒去處理這次 Client 端的請求
將目標執行緒的 todo 佇列和 wait 佇列儲存到成員變數中
初始化 t 和 tcomplete 物件
- t 交由目標程序處理
- tcomplete 交由源程序處理

接下來就要處理方法的呼叫了, 我們在應用層呼叫了 data.writeStrongBinder(binder); 將 binder 註冊到目標程序中, 看看 binder_transaction 是怎樣處理的

for (; offp < off_end; offp++) {
struct flat_binder_object *fp;
fp = (struct flat_binder_object *) (t->buffer->data + *offp)
switch (fp->type) {
// 我們開始的時候呼叫的是 put 方法
case BINDER_TYPE_BINDER:
case BINDER_TYPE_WEAK_BINDER: {
struct binder_ref *ref;
// 8. 嘗試從 Client 程序中獲取引數中 binder 物件在 linux 核心驅動中的實體物件
struct binder_node* node = binder_get_node(proc, fp->binder);
if (node == NULL) {
// 若源程序沒有其實體物件, 則呼叫 binder_new_node 建立一個
node = binder_new_node(proc, fp->binder, fp->cookie);
}
// 9. 獲取 Sever 程序需要使用的 binder 引用物件(沒有則建立一個)
ref = binder_get_ref_for_node(target_proc, node);
} break;
}

可見這些的操作非常的重要

從源程序中獲取這個 Binder 實體物件
沒有實體物件則呼叫 binder_new_node 在源程序建立一個
在目標程序中獲取 Binder 引用物件, 沒有則建立一個

好的, 執行緒引數資料也已經獲取完了, 我們接著往下看 binder_transaction

if (reply) {
......
} else if (!(t->flags & TF_ONE_WAY)) {
// 同步操作
t->need_reply = 1;
t->from_parent = thread->transaction_stack;
thread->transaction_stack = t;
} else {
// 若為非同步操作, 則將任務新增到目標 binder 程序的非同步佇列中
if (target_node->has_async_transaction) {
target_list = ⌖_node->async_todo;
target_wait = NULL;
} else
target_node->has_async_transaction = 1;
}
// 將 t 的工作項設定為 BINDER_WORK_TRANSACTION
t->work.type = BINDER_WORK_TRANSACTION;
// 新增到目標程序的工作佇列的尾部
list_add_tail(&t->work.entry, target_list);
// 將 tcomplete 的工作項設定為 BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE 
tcomplete->type = BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE;
// 新增到源程序的工作項的尾部
list_add_tail(&tcomplete->entry, &thread->todo);
if (target_wait) {
// 喚醒目標線執行緒去執行 BINDER_WORK_TRANSACTION 任務
wake_up_interruptible(target_wait);
}
return;

找到了目標程序以及需要執行的執行緒後, 源執行緒和目標程序就回去併發的處理自己的工作項了

將 BINDER_WORK_TRANSACTION 工作項傳送到目標執行緒的工作佇列中
將 BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE 工作項傳送到源執行緒的工作佇列中

Client 端處理 BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE 工作項

static int binder_thread_read(.......) {
......
while(1) {
switch(w->type) {
......
case BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE: {
// 將 BR_TRANSACTION_COMPLETE 返回使用者空間
cmd = BR_TRANSACTION_COMPLETE;
if (put_user_preempt_disabled(cmd, (uint32_t __user *)ptr))
return -EFAULT;
ptr += sizeof(uint32_t);
binder_stat_br(proc, thread, cmd);
list_del(&w->entry);
kfree(w);
binder_stats_deleted(BINDER_STAT_TRANSACTION_COMPLETE);
} break;
......
}
}

}

可見 binder_thread_read 對 BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE 處理也非常簡單

將 BR_TRANSACTION_COMPLETE 從 Linux 核心中投遞到使用者空間
所以在使用者空間的 waitForResponse 中可以通過 mIn 輸入緩衝區讀取到 binder 核心驅動傳遞過來的 BR_TRANSACTION_COMPLETE 指令

Client 端使用者空間處理 BR_TRANSACTION_COMPLETE 協議碼

status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
uint32_t cmd;
int32_t err;

while (1) {
if ((err=talkWithDriver()) < NO_ERROR) break;
err = mIn.errorCheck();
if (err < NO_ERROR) break;
if (mIn.dataAvail() == 0) continue;
// 從輸入緩衝區中讀取, 是否有 Binder 驅動寫入的資料
cmd = (uint32_t)mIn.readInt32();
// 主要檢視 BR_TRANSACTION_COMPLETE 指令碼
switch (cmd) {
case BR_TRANSACTION_COMPLETE:
if (!reply && !acquireResult) goto finish;
break;
......
}

finish:
if (err != NO_ERROR) {
if (acquireResult) *acquireResult = err;
if (reply) reply->setError(err);
mLastError = err;
}

return err;
}

可以看到 BR_TRANSACTION_COMPLETE 指令碼很簡單

跳出了 waitForResponse 的方法
該操作會回到其上一級方法 talkWithDriver 中, 繼續迴圈等待目標程序將上次發出的程序間通訊請求返回回來

所以, 接下來的重頭戲便是我們需要檢視目標執行緒對 Binder 驅動發出的 BINDER_WORK_TRANSACTION 指令的處理

Server 端處理 BINDER_WORK_TRANSACTION 工作項

由前面可知, BINDER_WORK_TRANSACTION 會將工作項新增到目標程序的 todo 佇列中, 那麼目標程序就會被喚醒, 進而執行器 binder_thread_read 處理 todo 佇列中的工作項

// kernel/goldfish/drivers/staging/android/binder.c
static int binder_thread_write(struct binder_proc *proc,
struct binder_thread *thread,binder_uintptr_t binder_buffer, size_t size,
binder_size_t *consumed)
{ 
......
// 迴圈從其讀取器工作項資料
while (1) {
uint32_t cmd;
struct binder_transaction_data tr;
struct binder_work *w;
struct binder_transaction *t = NULL;
// 1. 從其執行緒/程序的 todo 佇列中獲取工作項, 並且將資料存入 binder_work 結構體物件中
if (!list_empty(&thread->todo)) {
w = list_first_entry(&thread->todo, struct binder_work,
entry);
} else if (!list_empty(&proc->todo) && wait_for_proc_work) {
w = list_first_entry(&proc->todo, struct binder_work,
entry);
} else {
......
break;
}
// 2. 處理工作項中對應的指令碼
switch (w->type) {
// 我們主要關注對 BINDER_WORK_TRANSACTION 的處理
case BINDER_WORK_TRANSACTION: {
// 2.1 將 binder_work 轉為一個 binder_transaction 結構體物件
t = container_of(w, struct binder_transaction, work);
} break;
......
// 3. 將 binder_transaction 中的資料從 binder_transaction_data 中, 以便後續可以傳輸到使用者空間
if (t->buffer->target_node) {// target_node 不為 NULL, 則指定協議碼為 BR_TRANSACTION
struct binder_node *target_node = t->buffer->target_node;
// 將目標執行緒 binder 本地物件的資訊複製到 tr 中, 以便目標執行緒的 thread 接收到 binder 驅動傳送的 BR_TRANSACTION 之後, 可以將返回協議交給指定的 binder 本地物件處理
tr.target.ptr = target_node->ptr;
tr.cookie =target_node->cookie;
t->saved_priority = task_nice(current);
// 保證目標執行緒的優先順序 < 源執行緒的優先順序
if (t->priority < target_node->min_priority &&
!(t->flags & TF_ONE_WAY))
binder_set_nice(t->priority);
else if (!(t->flags & TF_ONE_WAY) ||
t->saved_priority > target_node->min_priority)
binder_set_nice(target_node->min_priority);
cmd = BR_TRANSACTION;
} else {
......
}
.......
// 4. 將 tr 資料拷貝到目標程序的使用者空間中
if (put_user_preempt_disabled(cmd, (uint32_t __user *)ptr))
return -EFAULT;
ptr += sizeof(uint32_t);
// 將對應的協議碼拷貝到使用者空間中
if (copy_to_user_preempt_disabled(ptr, &tr, sizeof(tr)))
return -EFAULT;
ptr += sizeof(tr);
.......
// 5. 這個工作項已經被處理了, 從連結串列中刪除
list_del(&t->work.entry);
t->buffer->allow_user_free = 1;
// 判斷是否為同步請求
if (cmd == BR_TRANSACTION && !(t->flags & TF_ONE_WAY)) {
t->to_parent = thread->transaction_stack;
t->to_thread = thread;
// 壓入目標執行緒的任務棧中
thread->transaction_stack = t;
} else {
t->buffer->transaction = NULL;
kfree(t);
}
break;
}
return 0;
}

可見目標執行緒被喚醒之後他在 binder 驅動中做了如下的事情

從目標執行緒的 todo 佇列中獲取工作項, 並且將資料存入 binder_work 結構體物件中
對與 BINDER_WORK_TRANSACTION 這個指令碼, 主要是將 binder_work 結構體轉為了 binder_transaction 結構體物件 t
將 t 中的資料拷貝到 tr 這個結構體物件中, 以便於後續可以將其傳輸到使用者空間
將 tr 中的資料拷貝用使用者空間
工作項處理完畢, 將其從 todo 佇列中移除

好的, 接下來就進入了目標程序的使用者空間了

Server 端處理 BR_TRANSACTION 協議碼

ServiceManager 被 Binder 驅動喚醒後, 會呼叫 binder_parse 方法來處理從 Binder 驅動程式中接收到的返回協議

// frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c
int binder_parse(struct binder_state *bs, struct binder_io *bio,
uintptr_t ptr, size_t size, binder_handler func)
{
int r = 1;
uintptr_t end = ptr + (uintptr_t) size;

while (ptr < end) {
// 1. 從使用者空間的緩衝區中讀取 Binder 驅動傳遞過來的協議碼
uint32_t cmd = *(uint32_t *) ptr;
ptr += sizeof(uint32_t);
switch(cmd) {
......
// 這裡主要關注 BR_TRANSACTION 協議
case BR_TRANSACTION: {
// 2. 從緩衝區中獲取通訊資料的結構體
struct binder_transaction_data *txn = (struct binder_transaction_data *) ptr;
......
if (func) {
unsigned rdata[256/4];
struct binder_io msg;// 解析從 Binder 驅動程式讀取回來的程序間通訊資料
struct binder_io reply;// 將通訊結果寫入 reply 中以便於傳給 Binder 驅動, 進而返回源程序
int res;
// 3. 初始化 reply 和 rdata
bio_init(&reply, rdata, sizeof(rdata), 4); 
// 4. 解析 txn 中的資料到 msg 中
bio_init_from_txn(&msg, txn);
// 5. 呼叫 func 函式指標, 處理協議, 將結果寫入 reply
res = func(bs, txn, &msg, &reply);
......
// 將通訊結果返回給 binder 驅動
binder_send_reply(bs, &reply, txn->data.ptr.buffer, res);
}
ptr += sizeof(*txn);
break;
}
}
}
}

binder_parse 中所做的事情非常清晰

讀取協議碼
關於 BR_TRANSACTION 協議碼
- 先獲取程序間通訊的資料 txn
- 將 txn 中的資料解析到 binder_io 物件 msg 中
- 呼叫 func 這個函式指標, 真正的執行協議的處理
- 呼叫 binder_send_reply 將通訊結果返回給 binder 驅動

func 函式指標對本次跨程序呼叫的處理

在 ServiceManager 中, func 這個函式指標, 指代 svcmgr_handler 這個函式

// frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c
int svcmgr_handler(struct binder_state *bs,
struct binder_transaction_data *txn,
struct binder_io *msg,
struct binder_io *reply)
{
......
// 驗證介面名稱的描述
strict_policy = bio_get_uint32(msg);
s = bio_get_string16(msg, &len);
if (s == NULL) {
return -1;
}
// 執行對應的方法
switch(txn->code) {
case SVC_MGR_ADD_SERVICE:
// 獲取一個要註冊服務的名稱 (如"ActivityManagerService")
s = bio_get_string16(msg, &len);
if (s == NULL) {
return -1;
}
// 從 msg 中取出要註冊的服務 binder 引用物件的控制代碼值
handle = bio_get_ref(msg);
allow_isolated = bio_get_uint32(msg) ? 1 : 0;
// 執行新增服務的操作
if (do_add_service(bs, s, len, handle, txn->sender_euid,
allow_isolated, txn->sender_pid))
return -1;
break;

default:
ALOGE("unknown code %d\n", txn->code);
return -1;
}
// 呼叫這個函式, 將成功程式碼 0 寫入到 binder 結構體 reply 中
bio_put_uint32(reply, 0);
return 0;
}

可以看到一個非常重要的函式 do_add_service 這個函式真正執行了服務的新增過程

// frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c
int do_add_service(struct binder_state *bs,
const uint16_t *s, size_t len,
uint32_t handle, uid_t uid, int allow_isolated,
pid_t spid)
{
struct svcinfo *si;

if (!handle || (len == 0) || (len > 127))
return -1;

// 判斷 uid 所指代的源程序, 是否有資格進行註冊操作
if (!svc_can_register(s, len, spid, uid)) {
return -1;
}
// 判斷 si 服務是否已經註冊了
si = find_svc(s, len);
if (si) {
......
} else {
// 建立一個 svcinfo 並且鏈入 svclist 中
si = malloc(sizeof(*si) + (len + 1) * sizeof(uint16_t));
si->handle = handle;
si->len = len;
memcpy(si->name, s, (len + 1) * sizeof(uint16_t));
si->name[len] = '\0';
si->death.func = (void*) svcinfo_death;
si->death.ptr = si;
si->allow_isolated = allow_isolated;
si->next = svclist;
svclist = si;
}
binder_acquire(bs, handle);
// 繫結死亡通知
binder_link_to_death(bs, handle, &si->death);
return 0;
}

至此就成功的將一個 Service 元件註冊到 ServiceManager 中了

binder_send_reply 將通訊結果返回給 binder 驅動

// frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c
void binder_send_reply(struct binder_state *bs,
struct binder_io *reply,
binder_uintptr_t buffer_to_free,
int status)
{
struct {
uint32_t cmd_free;
binder_uintptr_t buffer;
uint32_t cmd_reply;
struct binder_transaction_data txn;
} __attribute__((packed)) data;
// cmd_free 的協議碼為 BC_FREE_BUFFER
data.cmd_free = BC_FREE_BUFFER;
data.buffer = buffer_to_free;
// cmd_reply 的協議為 BC_REPLY
data.cmd_reply = BC_REPLY;
data.txn.target.ptr = 0;
data.txn.cookie = 0;
data.txn.code = 0;
// 將一些資料寫入 data 的 txn 中
if (status) {
data.txn.flags = TF_STATUS_CODE;
data.txn.data_size = sizeof(int);
data.txn.offsets_size = 0;
data.txn.data.ptr.buffer = (uintptr_t)&status;
data.txn.data.ptr.offsets = 0;
} else {
data.txn.flags = 0;
data.txn.data_size = reply->data - reply->data0;
data.txn.offsets_size = ((char*) reply->offs) - ((char*) reply->offs0);
data.txn.data.ptr.buffer = (uintptr_t)reply->data0;
data.txn.data.ptr.offsets = (uintptr_t)reply->offs0;
}
// 其內部呼叫 ioctl() 函式和 IO 控制命令 BINDER_WRITE_READ 將 BC_FREE_BUFFER/BC_REPLY 傳送給 binder 驅動程式
binder_write(bs, &data, sizeof(data));
}

可以看到 binder_send_reply 中做的操作也比較清晰

寫入 BC_FREE_BUFFER 協議碼
寫入 BC_REPLY 協議碼
最終呼叫了 binder_write 函式
- 其內部呼叫 ioctl() 函式和 IO 控制命令 BINDER_WRITE_READ 將 BC_FREE_BUFFER/BC_REPLY 傳送給 binder 驅動程式

接下來看看 Binder 驅動如何處理這些協議碼的

Binder 驅動處理 BC_FREE_BUFFER/BC_REPLY 協議碼

BC_FREE_BUFFER 協議碼的處理

// kernel/goldfish/drivers/staging/android/binder.c
static int binder_thread_write(struct binder_proc *proc,
struct binder_thread *thread,binder_uintptr_t binder_buffer, size_t size,
binder_size_t *consumed)
{
......
while (ptr < end && thread->return_error == BR_OK) {
// 獲取從使用者空間傳遞過來的指令碼儲存在 cmd 中, 由上面可知, cmd 為 BC_TRANSACTION
if (get_user_preempt_disabled(cmd, (uint32_t __user *)ptr))
return -EFAULT;
ptr += sizeof(uint32_t);
......
switch(cmd) {
......
// 處理 BC_FREE_BUFFER 協議碼
case BC_FREE_BUFFER: {
binder_uintptr_t data_ptr;
struct binder_buffer *buffer;
// 從使用者空間中得到要釋放的核心緩衝區的地址, 存放到 data_ptr 中
if (get_user_preempt_disabled(data_ptr, (binder_uintptr_t __user *)ptr))
return -EFAULT;
ptr += sizeof(binder_uintptr_t);
// 獲取緩衝區
buffer = binder_buffer_lookup(proc, data_ptr);
if (buffer == NULL) {
break;
}
// 判斷是否允許釋放
if (!buffer->allow_user_free) {
break;
}
// 說明核心緩衝區分配給 transaction 使用的
if (buffer->transaction) {
buffer->transaction->buffer = NULL;
buffer->transaction = NULL;
}
if (buffer->async_transaction && buffer->target_node) {
BUG_ON(!buffer->target_node->has_async_transaction);
if (list_empty(&buffer->target_node->async_todo))
buffer->target_node->has_async_transaction = 0;
else
list_move_tail(buffer->target_node->async_todo.next, &thread->todo);
}
// 減少相關的引用計數
binder_transaction_buffer_release(proc, buffer, NULL);\
// 釋放核心緩衝區 buffer 
binder_free_buf(proc, buffer);
break;
}
......
}

可以看到 binder_thread_write 中對於 BC_FREE_BUFFER 協議碼的處理, 主要是釋放通訊過程給目標程序分配的核心緩衝區, 減少相關的引用計數

接下來看看 binder_thread_write 對 BC_REPLY 的處理

BC_REPLY 協議碼的處理

......
// 處理 BC_TRANSACTION/BC_REPLY
case BC_TRANSACTION:
case BC_REPLY: {
// 從使用者空間拷貝資料到 binder_transaction_data 中
struct binder_transaction_data tr;
if (copy_from_user_preempt_disabled(&tr, ptr, sizeof(tr)))
return -EFAULT;
ptr += sizeof(tr);
// 進行指令碼的處理操作
binder_transaction(proc, thread, &tr,
cmd == BC_REPLY, 0);
break;
}
......
}
}

static void binder_transaction(struct binder_proc *proc,
struct binder_thread *thread,
struct binder_transaction_data *tr, int reply,
binder_size_t extra_buffers_size)
{
......
if (reply) {// 處理 BC_REPLY 指令
// 找尋目標執行緒(即 Client 端的執行緒)
in_reply_to = thread->transaction_stack;
if (in_reply_to == NULL) {
binder_user_error("%d:%d got reply transaction with no transaction stack\n",
proc->pid, thread->pid);
return_error = BR_FAILED_REPLY;
goto err_empty_call_stack;
}
// 恢復目標執行緒的優先順序
binder_set_nice(in_reply_to->saved_priority);
if (in_reply_to->to_thread != thread) {
......
return_error = BR_FAILED_REPLY;
in_reply_to = NULL;
goto err_bad_call_stack;
}
// 將要處理的事務, 新增到執行緒棧的頂端
thread->transaction_stack = in_reply_to->to_parent;
target_thread = in_reply_to->from;
if (target_thread == NULL) {
return_error = BR_DEAD_REPLY;
goto err_dead_binder;
}
if (target_thread->transaction_stack != in_reply_to) {
return_error = BR_FAILED_REPLY;
in_reply_to = NULL;
target_thread = NULL;
goto err_dead_binder;
}
target_proc = target_thread->proc;

} else {// 處理 BC_TRANSACTION 指令, 前面已經分析過了
......
}

// ....... 與分析 BC_TRANSACTION 後續一致
}

可以看到 Binder 驅動對於 BC_REPLY 比較簡單, 除了 BC_REPLY 中的操作與 BC_TRANSACTION 有所不同, 後續的操作是一致的, 畢竟呼叫的是同一個方法

, 最終會封裝成兩個工作項 BINDER_WORK_TRANSACTION 和 BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE 分別傳送給目標程序和源程序

(這裡的目標程序為Client 端, 源程序為 Server 端了, 因為本次發起 Binder 驅動通訊的為 Server 端)

源程序接收到 BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE 之後, 就徹底的結束這次的 Binder 通訊了, 這裡不再贅述

接下來看看目標程序如何處理 BINDER_WORK_TRANSACTION 工作項

Client 端處理 BINDER_WORK_TRANSACTION 工作項

// kernel/goldfish/drivers/staging/android/binder.c
static int binder_thread_write(struct binder_proc *proc,
struct binder_thread *thread,binder_uintptr_t binder_buffer, size_t size,
binder_size_t *consumed)
{
......
// 迴圈從其讀取器工作項資料
while (1) {
uint32_t cmd;
struct binder_transaction_data tr;
struct binder_work *w;
struct binder_transaction *t = NULL;
......

// 處理工作項中對應的指令碼
switch (w->type) {
// 我們主要關注對 BINDER_WORK_TRANSACTION 的處理
case BINDER_WORK_TRANSACTION: {
t = container_of(w, struct binder_transaction, work);
} break;
......
// 將 binder_transaction 中的資料從 binder_transaction_data 中, 以便後續可以傳輸到使用者空間
if (t->buffer->target_node) {
......// 上面已經分析過了
} else {
// target_node 為 NULL, 則指定協議碼 BR_REPLY
tr.target.ptr = 0;
tr.cookie = 0;
cmd = BR_REPLY;
}
.......
// 將協議碼和資料拷貝到使用者空間
if (put_user_preempt_disabled(cmd, (uint32_t __user *)ptr))
return -EFAULT;
ptr += sizeof(uint32_t);
if (copy_to_user_preempt_disabled(ptr, &tr, sizeof(tr)))
return -EFAULT;
ptr += sizeof(tr);
.......
// 這個工作項已經被處理了, 從連結串列中刪除
list_del(&t->work.entry);
t->buffer->allow_user_free = 1;
// 判斷是否為同步請求
if (cmd == BR_TRANSACTION && !(t->flags & TF_ONE_WAY)) {
// ...... 在上面已經分析過了
} else {
// 直接釋放核心緩衝區的記憶體
t->buffer->transaction = NULL;
kfree(t);
}
break;
}
return 0;
}

可以看到 BINDER_WORK_TRANSACTION 工作項的 t->buffer->target_node 為 NULL 時, 會將協議碼置為 BR_REPLY, 然後將資料寫入使用者空間, 接下來我們看看使用者空間對 BR_REPLY 的處理

Client 端對 BR_REPLY 的處理

status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
uint32_t cmd;
int32_t err;

while (1) {
if ((err=talkWithDriver()) < NO_ERROR) break;
err = mIn.errorCheck();
if (err < NO_ERROR) break;
if (mIn.dataAvail() == 0) continue;
// 從輸入緩衝區中讀取, 是否有 Binder 驅動寫入的資料
cmd = (uint32_t)mIn.readInt32();
// 主要檢視 BR_TRANSACTION_COMPLETE 指令碼
switch (cmd) {
case BR_REPLY:
{ 
// 從使用者緩衝區獲取 Binder 驅動寫入的資料
binder_transaction_data tr;
err = mIn.read(&tr, sizeof(tr));
if (err != NO_ERROR) goto finish;
if (reply) {
// 表示該執行緒傳送的程序間通訊請求已經被處理了
if ((tr.flags & TF_STATUS_CODE) == 0) {
// 這個方法將 Binder 驅動傳遞過來的資料寫入 Parcel 的 reply 中
reply->ipcSetDataReference(
reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
tr.data_size,
reinterpret_cast<const binder_size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
tr.offsets_size/sizeof(binder_size_t),
freeBuffer, this);
} else {
......
}
} else {
......
}
}
// 跳出迴圈, 即 waitForResponse 等待程序通訊的結果的操作已經結束了
goto finish;
......
}

finish:
......

return err;
}

可以看到 Client 端使用者空間對 BR_REPLY 的操作也非常清晰

從使用者空間獲取資料, 寫入 tr 中
將 tr 中的資料寫入 Parcel 的 reply 中
跳出迴圈, 即 waitForResponse 函式執行結束, 本次 Binder 程序間通訊結束

Binder 程序通訊回顧

至此, 一次 Binder 程序間的通訊就分析完了, 這裡再次梳理一下, 其主要包括如下幾個步驟

Client 端向 Binder 驅動發起 BC_TRANSACTION 協議碼
Binder 驅動處理 BC_TRANSACTION 協議, 產生了兩個工作項
- BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE
  - Binder 驅動將 BR_TRANSACTION_COMPLETE 協議碼, 傳送給 Client 端
- BINDER_WORK_TRANSACTION
  - Binder 驅動將 BR_TRANSACTION 協議碼, 傳送給 Server 端
Client 端處理 BR_TRANSACTION_COMPLETE 協議, 繼續等待通訊結果
Server 端處理 BR_TRANSACTION 協議
- 呼叫 Client 端請求的方法, 得到返回值寫入 reply
- 將 BC_REPLY 傳送給 Binder 驅動
Binder 驅動處理 BC_REPLY 協議碼, 產生了兩個工作項
- BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE
  - Binder 驅動將 BR_TRANSACTION_COMPLETE 協議碼, 傳送給 Server 端
- BINDER_WORK_TRANSACTION
  - Binder 驅動將 BR_REPLY 協議碼, 傳送給 Client 端
Server 端處理 BR_TRANSACTION_COMPLETE 協議碼, 表示通訊結束
Client 端處理 BR_REPLY 協議碼, 得到通過結果
至此一次通訊結束

時序圖

Binder 驅動通訊時序圖.png

總結

至此, 我們 Binder 驅動的講解就結束了, 這部分的內容較之音視訊的難度, 感覺也不遑多讓, 筆者花費了很大的精力去剖析, 的確非常的晦澀難懂, 這也是筆者為何遲遲難以下筆的原因

若有人能夠堅持讀到這裡, 那這可真是相當令人欣慰的事情啊, 若能夠幫你理清 Binder 驅動相關知識, 那我將會感到非常的榮幸

這裡祝大家新年快樂了, 希望新的一年裡, 大家都能收穫自己想要的, 越努力, 越幸運 !